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【54】结构体：结构体指针的内存与通信
七律 · 结构体指针
指针寻址破边界，结构传输显神通
函数入口化繁简，成员访问箭头通
字节打包还原易，跨片通信一脉承
内存布局细解析，工程规范护始终
引言
结构体指针是嵌入式开发中高效管理复杂数据的关键工具。本文详细解析结构体指针的两个核心用途——数据传输与函数参数传递，并通过代码示例展示其内存布局、访问方式及实际应用，帮助开发者掌握结构体指针的底层原理与工程实践。
摘要
结构体指针通过直接操作内存地址，实现结构体数据的高效传输与函数参数传递。本文结合STC8单片机开发场景，提供内存布局分析、通信示例及函数参数传递方案，确保代码可读性与可维护性。
关键词
结构体指针、内存布局、函数参数、数据传输、箭头操作符
硬件设计
开发环境
- 单片机型号：STC8H1K08（8位51内核，8KB Flash，512B RAM）
- 外设配置：UART0用于调试输出，波特率115200
- 电路连接：
graph LR A[STC8H1K08 UART0] --> B[USB转TTL模块（CH340）] B --> C[电脑串口助手（如XCOM）]
软件配置
模块化架构
- BSP层：
bsp_uart.c实现UART通信 - 驱动层：
drv_struct.c封装结构体操作函数 - 应用层：
main.c演示指针用法
代码实现
1. 结构体指针基础
结构体定义与指针声明
// drv_struct.h
typedef struct { uint8_t u8Data_A; // 1字节 uint32_t u32Data_B; // 4字节
} StructMould_t; extern StructMould_t g_StructInstance; // 结构体变量
extern StructMould_t* pStructPtr; // 结构体指针
内存布局分析
- 结构体变量：
g_StructInstance占用5字节（1+4）。 - 指针变量：
pStructPtr在8位单片机中占3字节（地址存储需求）。
// 内存布局示例
Address | Data Type | Size (B)
0x00 | g_StructInstance.u8Data_A | 1
0x01 | g_StructInstance.u32Data_B | 4
Total: 5 bytes
成员访问方式对比
// 成员调用（直接访问）
g_StructInstance.u8Data_A = 5; // 指针调用（通过地址访问）
pStructPtr = &g_StructInstance;
pStructPtr->u8Data_A += 5; // 等价于 *(pStructPtr->u8Data_A) +=5
2. 结构体指针的两个核心用途
用途1：数据传输与还原
// 将结构体转换为字节数组（发送）
void struct_to_array(uint8_t* pBuffer) { memcpy(pBuffer, &g_StructInstance, sizeof(g_StructInstance));
} // 从字节数组还原结构体（接收）
void array_to_struct(uint8_t* pBuffer) { memcpy(&g_StructInstance, pBuffer, sizeof(g_StructInstance));
}
用途2：函数参数传递
// 函数原型：通过指针传递结构体
void process_struct(StructMould_t* pStruct) { pStruct->u32Data_B = pStruct->u8Data_A * 1000;
} // 调用示例
process_struct(&g_StructInstance);
3. 内存占用与指针类型
指针大小规则
- 8位单片机：所有指针占3字节（地址范围0~16MB）。
- 32位单片机：指针占4字节（支持更大地址空间）。
// 内存占用验证
void memory_check() { bsp_uart_send_ulong(sizeof(g_StructInstance)); // 输出5 bsp_uart_send_ulong(sizeof(pStructPtr)); // 输出3
}
测试验证
验证步骤
-
编译检查：确保无警告，指针类型与结构体匹配。
-
内存观察：
void test_pointer() { g_StructInstance.u8Data_A = 5; pStructPtr = &g_StructInstance; pStructPtr->u8Data_A += 5; // 最终值为10 bsp_uart_send_ulong(g_StructInstance.u8Data_A); // 输出10 } -
数据传输测试：
uint8_t buffer[5]; struct_to_array(buffer); // 将结构体数据存入buffer array_to_struct(buffer); // 从buffer还原结构体
扩展应用
1. 跨片通信场景
// 发送端：将结构体打包发送
void send_struct() { uint8_t tx_buffer[sizeof(StructMould_t)]; struct_to_array(tx_buffer); uart_send(tx_buffer, sizeof(tx_buffer));
} // 接收端：从字节数组还原结构体
void recv_struct(uint8_t* rx_buffer) { array_to_struct(rx_buffer);
}
2. 函数参数优化
// 传统方式（参数过多）
void process_old(uint8_t data_a, uint32_t data_b) { // 复杂逻辑
} // 优化方式（指针传递）
void process_new(StructMould_t* pStruct) { // 直接访问pStruct->u8Data_A等成员
}
总结
结构体指针通过直接操作内存地址，实现数据高效传输与函数参数传递。其核心优势在于：
- 数据打包与还原：通过
memcpy快速转换结构体与字节数组，适用于通信场景。 - 函数参数简化：用单个指针替代多个参数，提升代码可读性与可维护性。
- 内存布局清晰：通过
sizeof和指针操作符（.与->）精准控制数据访问。
注意：
- 全局变量以
g_前缀命名，指针以p前缀命名（如pStructPtr），符合嵌入式代码规范。- 内存操作需确保目标缓冲区大小足够，避免溢出。
- 跨片通信时需处理字节序（Big-Endian/Little-Endian），本文假设双方使用相同字节序。